CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.7. Phương pháp chiết tách và phân tích hóa chất bảo vệ thực vật và hóa chất diệt
1.7.2. Một số phương pháp phân tích HCBVTV trong mẫu bụi không khí
a) Kỹ thuật GC/MS
Hầu hết các kết quả nghiên cứu phân tích dư lượng HCBVTV bằng GC/MS đều thực hiện trên thiết bị tứ cực đơn và ion hóa EI. Lợi thế của ion hóa EI là ít bị ảnh hường cấu trúc phân tử, đồng thời luôn có một số lượng lớn các phân mảnh ion đặc trưng. Có nhiều nghiên cứu đã mô tả việc xác định 250 – 400
19
HCBVTV bằng GC/EI/MS với bộ lọc tứ cực. Việc sử dụng các bẫy ion trong chương trình quét (SCAN) đơn giản vì không cần lựa chọn các ion đặc trưng trong quá trình thu thập dữ liệu. Trong kỹ thuật IT, sự chuyển chế độ SCAN toàn diện các ion do bắn phá sang các ion đo ion hóa học một cách đơn giản, cung cấp đầy đủ thong tin cho việc nhận dạng và định lượng các HCBVTV và các chất chuyển hóa một cách dễ dàng. Trong chế độ SCAN đầy đủ, ở nồng độ thấp thiết bị nãy tương đối nhạy và chứng minh bằng việc tra thư viện phổ.
Nhưng khi so sánh với tứ cực đơn chạy trong chế độ kiểm soát, việc lựa chọn ion các HCBVTV giống nhau bị che phủ lẫn nhau và độ nhạy khi đó khác nhau không nhiều.
Ion hóa hóa học ít được sử dụng hơn. Ion hóa hóa học (PCI hoặc NCI) khi liên kết với MS cho độ chọn lọc tốt hơn so với EI đối với một số thuốc trừ sâu nhất định. Kết quả trong sắc kí đồ cho thấy giảm sự tương tác của tín hiệu với đường nền nhưng cường độ tín hiệu của các thuốc trừ sâu khác (khi tiêm mẫu với lượng giống nhau) cho thấy sự biến thiên nhiều hơn khi ion hóa bằng EI. Đặc biệt, GC – MS với sự ion hóa học chỉ được chú ý đến một vài loại hoạt chất đặc biệt như thuốc trừ sâu Clo, Pyrethroid và cơ Phospho. Người ta hiếm khi sử dụng các phương pháp này trong phân tích dư lượng nhiều chất đồng thời bởi vì chúng không phải là kỹ thuật ion hóa phổ biến. Thêm nữa, khối phổ sinh ra bởi sự ion hóa hóa học thường cho số lượng phân mảnh ít hơn, do vậy lượng thông tin thu được ít hơn. Thiết bị GC – TOF có thể hoạt động theo hai chương trình. Một là cho tốc độ quét rất lớn, cho phép việc tách các peak trùng lặp về tín hiệu. Điều này có thể chứng minh từ kết quả thu được 3000 peak từ khói thuốc lá. Một loại thiết bị GC-TOF khác cho độ phân giải khối rất cao và cho phép đánh giá dữ liệu với sự sai khác về khối hẹp (khoảng 0,02 Da). Tuy nhiên hầu hết các thiết bị TOF đều mặc phải nhược điểm là khoảng động học hẹp. Trong các thảo luận về CI-MS và GC-TOF, điểm nổi bật của hệ thống GC-MS/MS là triệt đường nền khá tốt, độ chọn lọc và độ nhạy cao. Các thao tác với MS/MS có thể
20
thực hiện cùng với bẫy con và phân tích khối phổ bộ ba tứ cực. Một vài hạn chế trong GC-MS/MS là do sự thiếu vắng một chương trình ion hóa mẫu phổ biến áp dụng cho các ion sản phẩm tương ứng với các ion phân tử của hầu hết các loại HCBVTV. Ion hóa bằng EI phổ biến hơn, nhưng thông thường dòng ion được phun lên rất nhiều mảnh, kết quả thu được các cặp ion cha mẹ có cường độ thấp khi phân tích bằng MS/MS. Cho đến giờ, triển vọng của GC-MS/MS vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. Tỷ lệ % các thuốc trừ sâu phân tích bằng GC-MS/MS từng được công bố chiếm một tỉ lệ rất nhỏ
b) Kỹ thuật LC-MS
Khi một HCBVTV không thể phân tích bằng phương pháp GC, việc sử dụng LC là sự thay thế tốt nhất. Tương tự như vậy, LC có thể kết hợp với thiết bị tứ cực đơn, bẫy ion tứ cực, tứ cực ba MS hoặc MS/MS, TOF quang phổ kế hoặc thiết bị hỗn hợp qudrupole -TOF. Ngược lại với GC-MS, MS tứ cực đơn không được dùng trong các nghiên cứu chủ yếu hiện nay khi giải quyết bằng LC-MS. Sự bất lợi của thiết bị tứ cực đơn (và bẫy ion hoạt động trong chế độ SIM) là tín hiệu đường nền cao thu được từ nền mẫu và các dung môi HPLC. Do sự nhiễu về mặt hóa học này, trong định lượng các mẫu thực không thể thu được các giới hạn phát hiện rất nhỏ, thậm chí cả khi các thiệt bị đó có độ nhạy cao. Đường nền hóa học có thể giảm đáng kể khi các thiết bị MS/MS áp dụng kết nối với các điều kiện SRM. Thậm chí nếu một thành phần nền có khối lượng phân tử giống một thuốc trừ sâu, thông thường cả hai ion đẳng tích có thể được tách trong thực nghiệm SRM, bởi sự phân mảnh của chúng trong tế bào va chạm hầu như cho các ion sản phẩm khác nhau. Vì vậy, quang phổ kế - MS/MS cho độ nhạy rất tốt và độ chọn lọc không thể vượt trội hơn. Vì lý do đó, cho tới nay các máy phân tích khối tứ cục ba sử dụng detecter MS nhiều nhất. Bẫy ion tứ cực có thể hoạt động cùng MS/MS mà giảm cường độ đường nền tới một mức như được biết từ quang phổ kế MS/MS. Tuy nhiên, sự hấp thụ ion, sự phân mảnh và phân tích khối phổ của các mảnh là quá trình gồm các bước nối tiếp
21
trong các bẫy và yêu cầu nhiều thời gian hơn so với thiết bị tứ cực ba, một thiết bị có thể làm hai việc đó song song. Hơn nữa, bẫy ion vấp phải một nhược điểm là khoảng động học giới hạn, ít khả năng hơn trong phân mảnh các ion rất bền và không hiệu quả khi bẫy các phân mảnh thấp khối. Quang kế khối phổ TOF khi liên kết với LC được sử dụng nhiều hơn trong chế độ phân giải cao (sai số số khối đặc trưng < 2mDa), có thể cho thấy sự khác biệt tốt hơn về đường nền. Sự tiện lợi chính của loại thiết bị này là sự phân biệt các pic không biết trong một mẫu, thậm chí chỉ khi việc phân tích chất chuẩn là không thể. Những ưu thế này thường không cần thiết khi luật pháp đã quy định bắt buộc về dư lượng lớn nhất. Hơn nữa, sự nhận dạng các thuốc trừ sâu trong mẫu bởi LC-MS-TOF là kém chắc chắn hơn so với GC- EI/MS. Việc sử dụng thiết bị tứ cực TOF hỗn hợp (Q- TOF) cho phép xác định hầu như chắc chắn. Sự tin cậy này dựa trên sự kết nối giữa thời gian lưu, khối lượng của các ion phân tử chọn lọc bởi các bộ phận lọc khối tứ cực và sự va chạm hoàn toàn dẫn đến phổ khối thu được từ các máy phân tích TOF. Không may, độ nhạy của Q-TOF khi liên kết với máy phân tích tứ cực ba là một loại thiết bị có từ trường thấp hơn. Bên cạnh trở ngại này, khoảng tuyến tính nhỏ hơn khiến cho việc sử dụng Q-TOF trong việc định lượng các dư lượng bị hạn chế. Tất cả thiết bị LC- MS có thể lắp ráp với 3 loại kỹ thuật ion hóa mềm đó là ESI, APCI và photonionization. Sự lựa chọn thiết bị thích hợp để phân tích được phần lớn các mẫu là một trong những quyết định quan trọng nhất trong việc đầu tư cho các phòng thí nghiệm phân tích dư.
c) Phương pháp phân tích trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH
Cũng giống như phương pháp phân tích trên LC-MS/MS. Ở phương pháp này đầu dò được sử dụng là đầu dò khối phổ thời gian bay (Time-of-Flight, TOF) tất cả các ion đơn điện tích nào chịu một sai biệt về thế năng V sẽ đạt một năng lượng chuyển hóa eV (electron volt) như nhau. Vì vậy, những ion có khối lượng lớn hơn sẽ có vận tốc nhỏ hơn nên mất nhiều thời gian hơn để bay qua cùng một quãng đường dài trong một ống không có từ trường (field-free flight
22
tube). Các ion, sau khi được tăng tốc, bay ngang qua vùng không trường, nơi đây chúng sẽ được tách riêng nhau ra tùy theo giá trị m/z của chúng, và được tập trung tại bộ phận thu nhận tín hiệu. Do thời gian đến đích của các ion chỉ cách nhau rất ngắn, 10-7 giây, nên máy sử dụng chế độ WATHS để thu thập phổ ion đây là hệ thống điện tử cực nhạy khả năng phát hiện được ở nồng độ rất thấp. LC- QTOF-MS được cho là một trong những công cụ tốt nhất có khả năng phân tích đồng thời nhiều chất vì việc xác định và định lượng mẫu được thực hiện bằng cách sử dụng cùng một lần chạy phân tích. Vì vậy, phương pháp này thường được sử dụng để phân tích mẫu môi trường. Tất cả các mục tiêu có trong hỗn hợp dung dịch được xác định bằng phương pháp định lượng sử dụng thời gian lưu giữ, khối lượng chính xác của tiền chất và hai sản phẩm ion, và tỷ số cường độ ion của chúng. Sau đó, ba nội bộ đường chuẩn hiệu chuẩn của một tiền chất và hai ion sản phẩm. Phần mềm cung cấp cho nhà phân tích thông tin để xác định các chất mục tiêu dựa trên thời gian lưu; chính xác khối lượng tiền chất ion và mẫu đồng vị của nó, hai khối lượng chính xác thu được bằng cách kết hợp giữa mẫu và ion sản phẩm đối chứng.